碱（土）金属对准东煤热解过程中几种气体产物析出的影响

发布时间：2020-06-05 14:08

【摘要】：新疆准东煤田预测煤炭储量居全国第一,准东煤高水分、低灰熔点、低燃点、较高燃烬率、低开采成本等特点决定它是优良的动力用煤。准东煤热解反应及气体产物析出特性的研究对充分发挥其储量优势,提高利用效率,实现高效清洁利用有着重要作用。本论文基于煤炭中碱金属与碱土金属元素可能会引起利用过程中设备的沾污、积灰,但对气化过程又表现出一定催化作用的研究现状,针对准东煤高碱金属与碱土金属含量的特点,采用实验与模拟计算相结合的方式,研究了不同添加方式与不同添加量的碱金属与碱土金属添加剂,在不同加热条件下对准东煤热解及气体产物析出的影响,明确反应特性与影响规律。采用热重-红外连用设备,研究了不同添加方式下,碱金属与碱土金属添加剂(碳酸钠、氧化钙及二者混合物)在2wt%、5wt%和10wt%三种添加量下,对准东煤程序升温热解特性及气体产物析出的影响。分析结果表明:在机械混合的情况下,碳酸钠的加入会减少CH4产量,促进CO释放,增大挥发分释放特性指数和煤样的最大失重量;氧化钙可增大准东煤热解过程中的失重量,增大CO的产量;同时加入碳酸钠和氧化钙,可使准东煤热解过程中失重速率峰值出现的温度降低,促进CO2与CO的释放,5wt%添加量下样品剩余质量百分含量最小,Na2CO3与CaO两种添加剂对准东煤热解气相产物的析出表现出一定的协同促进作用。在实验条件下的热解反应中,准东煤酸洗脱灰前后放热量基本不变,浸渍碳酸钠可使热解放热量减小。利用固定床实验台,将添加剂以机械混合的方式加入准东煤中制成实验样品,进行等温热解实验,通过对CO、CH4、CO2和H2四种气体产物产量的检测与动力学计算,分析添加剂对准东煤等温热解特性及气体产物析出的影响。结果表明:添加剂的加入,降低了准东煤热解活化能,Na2CO3与CaO除各自催化作用外,表现出一定的协同催化作用,750℃热解时对H2析出的促进作用最强。基于吉布斯最小自由能理论,对准东煤热解过程化学反应平衡进行计算,结果表明:准东煤热解气相产物中,CO2与CH4摩尔产量在500-700℃范围内随温度升高而减小,700-850℃产量稳定不变;CO与H2产量随热解温度的升高而增加,至750℃后趋于平稳。准东煤自身含有的以及添加的钠元素在热解终温800℃时以Na(g)形式存在;碳酸钠、氧化钙及二者混合物对热解H2的产生均有促进作用。
【图文】：

过程图,热解机理,吸附分子,弱键

邋Ｉ逦产生大量焦油逦Ｉ逦析出大量出逡逑图１．２煤样热解机理过程图１１６１逡逑反应温度在４０－３００°Ｃ范围时，被称为煤在隔绝空气下热解的第一阶段一干燥脱气逡逑阶段：主要为吸附分子的脱附和一些弱键的断裂；在此阶段，准东煤中的水分陆续蒸逡逑发，，首先是游离水，以物理状态吸附在煤颗粒内部毛细管中和附着在煤颗粒表面的水逡逑分逐渐蒸发，温度继续升高，与煤中矿物质结合的化合水（结晶水）会分解析出，同逡逑时，吸附在分子上的ＣＨ４、Ｃ０２、Ｎ２等气体也会脱除［１７］。逡逑反应温度在３００－６００°Ｃ范围时，为热解的第二阶段，主要为解聚和分解反应，生逡逑成并排出大量的挥发物。此过程中，原料煤中有机质开始变化并逐渐变软，结构单元逡逑的桥键断裂

论文研究,思路

体产物析出特性，分析碱金属与碱土金属添加剂对热失重与几种气相产物释放特性的逡逑影响，明确反应特性与影响规律，获得动力学数据，优化反应过程。逡逑本论文的研究思路见图１．３，旨在分析研究以下问题：准东煤自身含有的碱金属逡逑与碱土金属元素对热解热失重及气体产物产生的影响；外加含有碱金属或碱土金属元逡逑素的化合物会对准东煤热解过程产生怎样的影响；煤样通过机械混合加入添加剂和酸逡逑洗脱灰后以浸渍法加入添加剂，在程序升温和等温热解两种不同升温方式的条件下，逡逑热解过程及气体析出会产生何种变化。懫用实验与理论分析相结合的方式具体做以下逡逑几方面的研究：逡逑（１）利用热重－红外联用（ＴＧ－ＦＴＩＲ）、热重－差热（ＴＧ－ＤＳＣ）研究准东煤程序升逡逑温下热解特性以及气相产物随温度、时间变化关系。分别采用浸渍与机械混合两种处逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ530.2

【参考文献】